CAMPUS DE GUARATINGUETÁ
WILTON SHIGUEAKI OHARA
ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA PLÁSTICA
WILTON SHIGUEAKI OHARA
ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA PLÁSTICA
Trabalho de Graduação
apresentado ao Conselho de Curso de Graduação em Engenharia
Mecânica da Faculdade de
Engenharia do Campus de
Guaratinguetá, Universidade
Estadual Paulista como parte dos requisitos para obtenção do
diploma de Graduação em
Engenharia Mecânica.
Orientador: Prof. Dr. Nazem Nascimento
O365e
Ohara, Wilton Shigueaki
Estudo das Propriedades Mecânicas da Madeira Plástica / Wilton Shigueaki Ohara – Guaratinguetá : [s.n], 2011.
54 f : il.
Bibliografia: f. 54
Trabalho de Graduação em Engenharia Mecânica – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, 2011. Orientador: Prof. Dr. Nazem Nascimento
1. Resíduos sólidos 2. Plásticos 3. Madeira 4. Lixo I. Título
Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2011.
RESUMO
Este trabalho tem em seu arcabouço analisar as propriedades mecânicas da composição de resíduos plásticos, denominada “madeira plástica”, visando estabelecer parâmetros técnicos para aplicação deste material em substituição à madeira natural. A madeira plástica é um produto que resulta, basicamente, da combinação de diversos plásticos, previamente selecionados, lavados, secos e isentos de partículas metálicas, os quais são aglomerados, extrudados ou introduzidos em um molde. À critério do fabricante esses perfis podem ter diferentes formatos e cores. No decorrer desta monografia poderão ser observados os usos dos diversos tipos de plásticos, suas propriedades mecânicas e o processo de fabricação da madeira-plástica. Também serão apresentadas características e aplicações da madeira natural, a fim de se melhor comparar seus usos em diversas aplicações.
Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2011.
ABSTRACT
This work has in its outline the analysis of the mechanical properties of the composition of plastic residues, denominated “plastic wood”, aiming at establishing technical parameters for application of this material in substitution to the natural wood. Plastic-Wood is basically, a combination of several kind of plastic, previously selected, washed, dried and without metallic particles, which are agglomerated, extruded or introduced into a mold. The manufacturer can choose different formats and colors. During this monograph it can be observed the use of several kind of plastic, their mechanical properties and the plastic-wood production process. Also are presented features and applications of natural wood, in order to better compare their uses in several applications.
Figura 1 - Relação monômero-polímero... 14
Figura 2 - Cadeia linear... 15
Figura 3 - Cadeia ramificada... 15
Figura 4 - Cadeia reticulada... 16
Figura 5 - Perfis extrudados... 24
Figura 6 - Extrusora... 24
Figura 7 - Equipamento atuando igualmente à injetora... 25
Figura 8 - Parafuso atuando com embolo... 26
Figura 9 - Recuo do parafuso e solidificação do produto... 26
Figura 10 - Abertura do molde e ejeção da peça... 26
Figura 11 - Fluxograma da reciclagem... 29
Figura 12 - Mercado brasileiro de plásticos... 33
Figura 13 - Fluxograma do sistema de produção da madeira-plástica... 44
Figura 14 - Banco feio a partir da madeira-plástica... 48
Figura 15 - Janela desenvolvida pela empresa Cogumelo... 48
Figura 16 - Persiana desenvolvida pela empresa Cogumelo... 48
Figura 17 - Escada desenvolvida pela empresa Cogumelo... 48
Figura 18 - Ponte desenvolvida pela empresa Cogumelo... 48
Figura 19 - Deck de piscina... 49
Figura 20 - Dormentes... 49
Figura 21 - Pallets... 50
Tabela 1 - Propriedades Mecânicas do Policog... 46 Tabela 2 - Valores de resistência da madeira-plástica e de algumas
madeiras... 46 Tabela 3 - Comparativo entre a madeira-plástica, ferro-fundido e outras
ABIPLAST - Associação Brasileira da Indústria do Plástico ABIQUIM - Associação Brasileira da Indústria Química ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABREMPAST - Associação Brasileira de Recicladores de Material Plástico ASTM - American Society for Testing and Materials
BB - Blockboard
CEMPRE - Compromisso Empresarial para Reciclagem DCE ETE FAO FB FK GLP GFRA HDPE - - - - - - - Dicloroetano
Estação de Tratamento de Efluentes
Food and Agriculture Organization of the United Nations Fiberboard
Flakeboard
Gás Liquefeito de Petróleo
Glogal Forest Resources Assessment Polietileno
IBEGE LDPE
- -
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística Polietileno
LVL - Laminated Veneer Lumber
MDF - Medium Density Fiberboard
MVC OSB OSL PAN - - - -
Monocloreto de Vinila Oriented Strandboard Oriented Strand Lumber Poliacrilonitrila
PB - Particleboard
PC - Policarbonato
PE - Polietileno
PEAD - Polietileno de alta densidade PEBD
PEBDL
- -
PMMA - Polimetracilado de metila
PP - Polipropileno
PSL - Parallel Strand Lumber
PTFE - Politetrafluoretileno
PU - Poliuretano
PVA - Poliacetado de vinila
PVC - Policloreto de vinila
PS - Poliestireno
PEV - Posto de entrega voluntária RSU
PW UV WB
- - - -
Resíduo Sólido Urbano Plywood
Ultravioleta Waferboard
RESUMO ABSTRACT SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS
LISTA DE ABREVIATURAS
1. INTRODUÇÃO... 11
2. O PLÁSTICO... 14
2.1. Classificação... 14
2.2. Fontes de Matéria Prima... 16
2.3. Características Gerais... 18
2.4. Tipos Principais... 20
2.5. Processamento... 23
2.6. Reciclagem... 27
2.6.1. Reciclagem Mecânica... 30
2.7. Utilizações... 32
3. A MADEIRA... 36
3.1. Classificação... 37
3.2. Características Gerais... 37
3.3. Tipos Principais... 38
3.4. Processamento... 39
3.5. Utilizações... 40
4. A MADEIRA PLÁSTICA... 43
4.1. Fabricação da Madeira Plástica... 43
4.2. Propriedades... 45
4.3. Utilizações... 47
5. CONCLUSÃO... 51
1. INTRODUÇÃO
As primeiras cidades brasileiras com características metropolitanas nasceram em 1940, graças à intensificação do comércio e à crescente expansão do setor secundário.
As alterações da distribuição demográfica e os anseios de vida do homem urbano (emprego, saúde, educação, renda e cultura) obrigaram o sistema socioeconômico a ampliar suas forças produtivas, acelerando, dessa forma, o processo de urbanização e industrialização. Numa dinâmica interativa, esse processo transformou e transforma cada vez mais a matéria-prima em produtos industrializados, gerando rapidamente resíduos e cargas poluidoras.
O lixo urbano dá origem a uma massa complexa e cada vez mais heterogênea, cuja coleta e destinação final adequada vêm se constituindo numa problemática para técnicos e administradores públicos. Estima-se que a população mundial seja de 6,4 bilhões de habitantes, os quais geram 30 milhões de toneladas de lixo anualmente.
Este imenso volume de lixo acarreta enormes custos e transtornos à administração pública, que não dispõe de um espaço para a disposição e tratamento deste material. Esse quadro, associado à ineficiência da gestão e gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos, torna-se um agravante para muitas cidades paulistas. Estas depositam seus resíduos em lixões e vazadouros a céu aberto que são verdadeiros centros de transmissão de doenças, pela presença de mamíferos roedores, insetos, aves além do próprio manuseio do lixo pelos catadores.
Esta realidade proporciona imensos prejuízos para o país, o aumento da extração dos recursos naturais (matéria prima), a propagação de doenças decorrentes do contato com estes materiais e o impacto ambiental. As perdas geradas na economia brasileira por não gerenciar e tratar seus resíduos são assustadoras, Segundo Calderoni (2003), o Brasil perde anualmente cerca de R$ 4,6 bilhões por não aproveitar a totalidade do potencial de reciclagem do lixo domiciliar.
Ressaltando que, existem diferentes formas de dispor resíduos no solo onde podemos definir alguns deles, como chamamos de:
- Lixão: é uma forma inadequada de dispor resíduos no solo, pois se caracterizam simplesmente pela descarga de lixo sobre o solo, sem medidas de proteção ao meio ambiente ou à saúde pública.
- Aterro Controlado: esta técnica consiste basicamente na compactação dos resíduos no solo, na forma de camadas que são periodicamente recobertas com terra ou material inerte. Esta forma de disposição produz poluição, porém localizada, pois a área é pré-determinada; geralmente não dispõe de impermeabilização de base e sistemas de tratamento do percolado (chorume) ou biogás (gás metano) gerado.
- Aterro Sanitário: é um processo adequado de dispor os resíduos sólidos no solo, pois utiliza princípios de engenharia e normas operacionais específicas permitindo o confinamento seguro dos resíduos sólidos em termo de poluição ambiental, menor área possível, menor volume permissível, mediante confinamento em camadas cobertas com material inerte, geralmente solo (terra) na conclusão de cada jornada de trabalho, ou em intervalos menores, se necessário; minimizando os impactos ambientais evitando riscos a saúde pública e a segurança.
Embora em geral represente menos de 10% em peso do total de resíduos sólidos urbanos, os plásticos, dada sua densidade relativamente baixa e os formatos volumosos de seus artefatos, como por exemplo, as garrafas descartáveis, se tornam mais importantes na proporção em volume, o fator crítico para aterros e lixões, podendo representar mais de 25% do total descartado (Costa, 1995; CEMPRE, 1995; Agnelli, 1996).
A presença de plásticos nos aterros sanitários e lixões impede a decomposição adequada dos resíduos orgânicos, que iria contribuir para a redução paulatina do volume destes depósitos; constitui uma barreira ao livre escoamento de fluidos e gases (CEMPRE, 1995) Aproximadamente 35 % de todos os resíduos urbanos de plástico são constituídos por poliolefinas (PEAD, PEBD e PP), em grande parte sacos e filmes de polietileno, que produzem certamente o efeito mencionado (Mano, 1994).
impurezas, e na dificuldade de encontrar mercado para a maior parte do que poderia ser processado (ABREMPLAST, 1995; Vilhena e Hemais, 1995).
Atualmente existem várias opções para solucionar este problema, entre as quais se encontram a queima para produção de energia, decomposição química para gerar combustíveis, substituição do carvão na produção de aço e a reciclagem, que visa basicamente gerar uma nova forma para o material que seria descartado, compatível do problema ambiental do resíduo plástico como do problema da madeira, cuja escassez acaba levando ao desmatamento indesejável de florestas nativas.
2. O PLÁSTICO
O plástico é uma molécula sintética chamada de polímero (do grego: poli - muitas, mero - partes). Os polímeros são moléculas grandes, geralmente de origem orgânica, constituídas pela união de várias moléculas de baixo peso molecular, os chamados monômeros, através de reações químicas (Figura 1). Podemos compará-lo a uma corrente, cujos elos são os monômeros, enquanto a corrente em si é o polímero propriamente dito. Portanto, os polímeros podem ser definidos quimicamente como moléculas relativamente grandes, de pesos moleculares da ordem de 1.000 a 1.000.000, em cuja estrutura se encontra unidades químicas simples e repetidas (meros).
MONÔMERO POLÍMERO
Figura 1 - Relação monômero-polímero
Na Figura 1 o etileno é o monômero que, após reagir com várias outras moléculas idênticas, forma o polímero polietileno, ou, simplesmente, PE. A reação química para obtenção do polímero é denominada polimerização. Na estrutura da molécula de PE, a unidade -CH2-CH2- se repete indefinidamente e depende do número de moléculas de etileno (n) que reagiram entre si para formar o polímero. O índice n (ou DP) do polímero é conhecido como grau de polimerização e representa o número de meros presentes na cadeia polimérica.
A característica dos polímeros em ter um peso molecular alto influi significativamente nas propriedades químicas e físicas dessas moléculas. Assim, quanto maior for o grau de polimerização, maior será o peso molecular do polímero. Polímeros com peso molecular muito elevado são chamados de altos polímeros, enquanto os de baixo peso molecular são conhecidos por oligômeros (do grego: poucas).
2.1. CLASSIFICAÇÃO
Devido ao grande número de materiais poliméricos existentes faz-se necessária uma classificação para facilitar o reconhecimento e o estudo de tais materiais. Os polímeros podem ser classificados de acordo com sua composição da estrutura química, comportamento perante o calor e propriedades mecânicas.
Estrutura química:
• Número de meros existentes na molécula polimérica;
2. Copolímero: polímero formado pela união de dois ou mais tipos de meros diferentes. Ex.: SAN, NBR, SBR.
• Estrutura do mero formador da cadeia
1. Poliolefinas: polipropileno, polibutadieno, poliestireno. 2. Poliésteres: poli (tereftalato de etileno), policarbonato. 3. Poliéteres: poli (óxido de etileno), poli (oxido de fenileno). 4. Poliamidas: nylon, poliamida.
5. Celulósicos: nitrato de celulose, acetato de celulose. 6. Acrílicos: poli (metacrilato de metila), poliacrilonitrila. 7. Vinílicos: poli (acetato de vinila), poli (álcool vinílico).
8. Poliuretano
9. Resinas Fenólicas: resina fenol - formol, resina uréia – formol.
• Organização da cadeia polimérica
As moléculas poliméricas se arranjam de três formas distintas, as quais influem diretamente nas propriedades físicas do material. São elas:
1. Lineares: A cadeia do polímero não possui ramificações.
Figura 2 - Cadeia linear
2. Ramificadas: O polímero se apresenta ramificado, com pequenas cadeias laterais.
Figura 3 - Cadeia ramificada
Figura 4 - Cadeia reticulada
Comportamento perante o calor:
1. Termofixos ou termorrígidos: São materiais que formam ligações cruzadas ao serem aquecidos, tornando-se infusíveis e insolúveis.
2. Termoplásticos: São os polímeros que se fundem ao serem aquecidos e que se solidificam ao serem resfriados.
Comportamento mecânico:
1. Plásticos (do grego: adequado à moldagem): Tipo de material estável em condições normais de uso, mas que já esteve no estado fluido em algum estágio de sua fabricação, sendo assim passível de transformação por aquecimento, pressão ou ambos.
2. Elastômeros: Materiais que sofrem grande deformação quando estão submetidos a uma determinada força, mas voltam ao seu estado natural quando tal força não atua mais sobre ele.
3. Fibras: Polímeros em que a razão entre o seu comprimento e a sua dimensão lateral é muito grande. Geralmente formada por moléculas lineares orientadas longitudinalmente.
2.2. FONTES DE MATÉRIA PRIMA
Os principais fornecedores de matérias primas para a produção de polímeros podem ser divididos em três grandes grupos:
Produtos Naturais:
Este grupo, o primeiro a fornecer ao homem matérias-primas, encontra na natureza macromoléculas que com algumas modificações se prestam à produção de polímeros comerciais.
uma longa cadeia. Os três grupos hidroxilas (OH) formam fortes ligações secundárias entre as cadeias, impedindo a fusão da celulose. Para se obter capacidade de fluxo estes grupos devem ser eliminados ou reduzidos através de ataque por diversos reagentes produzindo diferentes derivados da celulose. A reação da celulose com o ácido nítrico retira as hidroxilas substituindo-as por grupos –O–NO2 formando o nitrato de celulose. Da mesma forma obtêm-se acetato de
celulose e acetato butirato de celulose. O celulóide é um composto de nitrato de celulose plastificado com cânfora.
A borracha natural é um produto encontrado no látex da seringueira (Havea Brasiliensis) como emulsão de borracha. Sua estrutura química é o de policisisopreno. Outros produtos naturais de menor importância também podem produzir polímeros, como por exemplo, o óleo de mamona (na produção de nylon 11) e óleo de soja (nylon 9).
Hulha:
A hulha ou carvão mineral quando submetida a uma destilação seca pode produzir: gases de hulha, amônia, alcatrão de hulha e coque (resíduo), nesta ordem de saída. Do gás de hulha é possível separar etileno (para a produção de polietileno) e metano (que, por oxidação, produz formaldeído, matéria-prima básica para a formação das resinas fenol-formaldeído, uréia-formaldeído e melamina-uréia-formaldeído). A amônia (NH3) é utilizada para a produção de uréia
(NH2-CO-NH2) e aminas como agentes de cura para resinas epóxi. O alcatrão da hulha é uma
mistura complexa que por destilação produz benzeno (para a produção de fenol, isocianatos e estireno). Do coque obtém-se acetileno (via reação com CaO e a seguir com a água) que por hidrogenação produz etileno ou por reação com ácido clorídrico produz cloreto de vinila (para a produção do policloreto de vinila, PVC).
Petróleo:
De todos os produtos naturais o petróleo é a fonte mais importante. Através da destilação fracionada do óleo cru, várias substâncias podem ser obtidas (GLP, nafta, gasolina, querosene, óleo diesel, graxas parafínicas, óleos lubrificantes e por fim piche) sendo que a fração de interesse para polímeros é a nafta. Este, após um craking térmico apropriado (pirólise a altas temperaturas e catálise), gera várias frações gasosas contendo moléculas saturadas e insaturadas. As moléculas insaturadas (etileno, propileno, butadieno, buteno, isobutileno, etc.) são separadas e aproveitadas para a síntese de polímeros.
Obtenção das resinas:
2.3. CARACTERÍSTICAS GERAIS
Apesar dos materiais plásticos se apresentarem com as mais diversas características, podemos relacionar algumas propriedades comuns à maioria dos principais tipos de plásticos.
Leveza:
Os plásticos em geral são mais leves quando comparados aos materiais metálicos ou cerâmicos. Como exemplo podemos citar o PE, que é três vezes mais leve que o alumínio e oito vezes mais leve que o aço. Tal característica motiva o seu uso na indústria de transportes, embalagens, equipamentos esportivos, entre outras aplicações onde a relação peso/resistência é de suma importância.
Alta flexibilidade:
Variável ao longo de uma faixa bastante ampla, conforme o tipo de polímero e os aditivos usados na sua formulação;
Alta resistência ao impacto:
Tal propriedade, associada à transparência apresentada por alguns plásticos, permite sua substituição ao vidro em várias aplicações tradicionais, tais como lentes de óculos, faróis de automóveis e janelas de trens de subúrbio, por exemplo, onde são constantemente quebradas por vândalos.
Note-se, contudo, que a resistência à abrasão e a solventes não é tão boa quanto à do vidro. Lentes de acrílico riscam facilmente e são facilmente danificadas se entrarem em contato com solventes como, por exemplo, a acetona.
Baixas temperaturas de processamento:
A conformação de peças plásticas requer, em geral, aquecimento entre a temperatura ambiente e 250o C. Alguns plásticos especiais, no entanto, podem requerer aquecimento de até 400o C. Isso acarreta um menor consumo de energia para sua conformação, fazendo também com que seus equipamentos sejam mais simples e mais baratos do que os utilizados para a conformação de metais e cerâmicas.
Possibilidade de ajuste fino das propriedades:
A aditivação de cargas inorgânicas minerais inertes, como, por exemplo, o CaCO3,
permite reduzir o custo de peças sem afetar suas propriedades. Como exemplo prático, podemos citar pisos de vinil e cadeiras de jardim (PP), que podem conter até 60% de cargas.
Aditivos conhecidos como plastificantes podem alterar completamente as características de plásticos como o PVC e borrachas, tornando-os mais flexíveis e tenazes.
A fabricação de espumas é feita através da adição de agentes expansores, que se gaseificam no momento da transformação do polímero, quando ele ainda se encontra no estado fundido.
Baixa condutividade elétrica:
Polímeros são altamente indicados para aplicações onde se requeira isolamento elétrico. Isso se explica pelo fato dos polímeros não conterem elétrons livres, responsáveis pela condução de eletricidade, como no caso dos nos metais.
Entretanto, a adição de cargas especiais condutoras (limalha de ferro, negro de fumo) pode tornar polímeros fracamente condutores, evitando assim o acúmulo de eletricidade estática, que é perigoso em certas aplicações.
Já existem, porém, alguns polímeros especiais, ainda em fase experimental e sem aplicações industriais, que são bons condutores. O Prêmio Nobel de Química do ano 2000 foi concedido a cientistas que sintetizaram polímeros com alta condutividade elétrica.
Baixa Condutividade Térmica:
A condutividade térmica dos polímeros é cerca de mil vezes menor que a dos metais. Logo, são altamente recomendados em aplicações que requeiram isolamento térmico, particularmente na forma de espumas. Assim como no caso da condutividade elétrica, sua também baixa condutividade térmica se explica pela ausência de elétrons livres.
Boa resistência à corrosão:
As ligações químicas presentes nos plásticos (covalentes/Van der Walls) lhes conferem maior resistência à corrosão por oxigênio ou produtos químicos quando comparados aos metais (ligação metálica).
Isso, contudo, não quer dizer que os plásticos sejam completamente invulneráveis ao problema. De maneira geral, os polímeros são atacados por solventes orgânicos que apresentam estrutura similar a eles. Ou seja, similares diluem similares.
Como exemplo, podemos citar o caso de um CD, que não pode ser limpo com terebentina, já que acabaria danificando a sua superfície.
Porosidade:
O espaço entre as macromoléculas do polímero é relativamente grande. Isso confere baixa densidade ao polímero, o que é uma vantagem em certos aspectos.
Esse largo espaçamento entre as moléculas faz com que a difusão de gases através dos plásticos seja alta. Em outras palavras, podemos dizer que esses materiais apresentam alta permeabilidade a gases, variando conforme o tipo de plástico.
Essa permeabilidade, contudo, pode ser explorada de maneira positiva, como no caso de membranas poliméricas para remoção de sal da água do mar.
Reciclabilidade:
Alguns polímeros, como termorrígidos e borrachas, não podem ser reciclados de forma direta, ou seja, não há como refundi-los ou depolimerizá-los.
A reciclagem de polímeros termoplásticos, apesar de tecnicamente possível, acaba se apresentando economicamente inviável devido ao seu baixo preço e baixa densidade. Somente plásticos com grande demanda de consumo (por exemplo, o PE e o PET) apresentam bom potencial econômico para reciclagem.
Outro problema é o fato do plástico reciclado ser encarado como material de segunda classe, diferentemente do que ocorre com aço ou mesmo o alumínio.
Nos casos em que a reciclagem do polímero não for possível, sempre é possível queimá-lo, transformando-o em energia, em incineradores ou alto-fornos. Esta última saída é mais favorável, pois o carbono do polímero poderia ainda ser aproveitado na redução do minério. Contudo, plásticos que contêm halogêneos (PVC e PTFE, por exemplo) geram gases tóxicos durante a queima, sendo uma solução possível a dehalogenação deste material antes da queima.
2.4. TIPOS PRINCIPAIS
Apresentaremos a seguir os principais tipos de plásticos produzidos e comercializados atualmente.
Polietileno (PE)
Desenvolvido comercialmente em 1940, o polietileno é o plástico mais vendido no mundo atualmente. Isso ocorre principalmente pela grande versatilidade desse material, que pode ser quase transparente ou translúcido, rígido ou flexível, natural ou pigmentado. É facilmente processado, não tóxico, não higroscópico (não reage com a água), etc. Outro fator fundamental para o seu elevado consumo é o seu preço bastante reduzido.
Existem basicamente quatro tipos de polietileno com representatividade comercial, o Polietileno de alta densidade (PEAD), o polietileno de baixa densidade (PEBD), o polietileno de média densidade (PEMD) e o polietileno de baixa densidade linear (PEBDL).
O polietileno possui uma das mais simples estruturas de todos os polímeros e pode ser reproduzido através de vários processos que lhe conferem características próprias de densidade, peso molecular e distribuição de peso molecular. É obtido pela polimerização do monômero gasoso etileno (CH2= CH2) em reator sob determinadas condições de temperatura e pressão. No
processo de alta pressão obtêm-se o PEBD e alguns tipos de PEMD, caracterizados por um alto grau de ramificações longas e curtas ao longo da cadeia principal. O processo de baixa pressão produz o PEAD e outros de PEMD com ramificações de menor número e comprimento. O PEBDL também é polimerizado em baixa pressão.
2. PEAD: Possui elevadas características de rigidez, fluência, abrasão, impacto, fendilhamento sob tensão ambiental e resistência química.
3. PEMD: O de média densidade possui propriedades intermediárias entre o PEAD e o PEBD, atuando, portanto numa boa faixa de mercado situada nas fronteiras do de alta densidade em aplicações bastante específicas. Geralmente, utiliza-se mistura de PEAD – PEBD nas mais variadas concentrações.
4. PEBDL: Quando comparado ao PEBD, tem resistência ao stress cracking, maior brilho, maior rigidez e menor permeabilidade a gases para uma mesma densidade. Estes fatores permitem aos fabricantes da resina o desenvolvimento onde a resistência ao stress é crítica e onde a baixa permeabilidade a gases é necessária. É mais barato do que o PEAD e, em processo de polimerização, mais econômico do que o PEBD convencional. Tudo isto tem proporcionado uma grande penetração no mercado e ótimas perspectivas para o futuro
Policloreto de vinila (PVC)
O PVC não é um material como os outros. É o único material plástico que não é 100% originário do petróleo. O PVC contém 57% de cloro (derivado do cloreto de sódio) e 43% de petróleo. A partir do sal, pelo processo de eletrólise, obtêm-se cloro, soda cáustica e hidrogênio. A eletrólise é a reação química resultante da passagem de uma corrente elétrica por água salgada.
O petróleo, que representa apenas 43% do PVC formado, passa por um caminho mais longo. O primeiro passo é uma destilação do óleo cru para a obtenção da nafta leve. Esta passa então por um processo de craqueamento catalítico (quebra de moléculas grandes em moléculas menores com a ação de catalisadores para a aceleração do processo), gerando assim, o etileno. Tanto o cloro quanto o etileno estão na fase gasosa produzindo o DCE (dicloroetano). A partir do DCE obtém-se o MVC (mono cloreto de vinila, unidade básica do polímero que é formado pela repetição da estrutura monomérica). As moléculas de MVC são submetidas ao processo de polimeração, ou seja, elas vão se ligando e formando uma molécula muito maior, conhecida como PVC (policloreto de vinila), que é um pó muito fino, de cor branca e totalmente inerte. A polimerização é realizada a partir do monômero cloreto de vinila que por sua vez é obtido através de um processo de duas etapas: o etileno reage com HCL gerando o 1,2 – dicloroetano. Este se piroliza a cloreto de vinila e HCL, sendo este último reciclado.
A polimerização em suspensão é o método mais comum de se produzir o PVC, sendo utilizado para moldagem, extrusão e calandragem. Devido à grande instabilidade ao calor e à luz da ligação C – Cl torna-se variavelmente necessária à utilização de estabilizadores térmicos e plastificantes lubrificantes dentre outros para o processamento e utilização do material.
Propriedades básicas: excelente resistência ao stress cracking, inércia térmica, resistência à corrosão e à água, rigidez, transparência, isolamento elétrico e térmico, além de ser sólido e resistente a choques e impermeável a gases e líquidos. Versátil e ambientalmente correto é reciclável e reciclado. Suas propriedades podem ser melhoradas através de uma ampla gama de formulações, porém o preço pode também aumentar.
O PVC possui inúmeras características vantajosas para sua utilização. Ele é leve (1,4g/cm3), o que facilita seu manuseio, e a aplicação é resistente à maioria dos reagentes químicos e à ação de fungos, bactérias, insetos e roedores.
O PVC é reciclável pode ser utilizado em uma diversidade de produtos com aceitação de até 15% de mistura com outros plásticos.
Além disso, apresenta uma versatilidade de design a custos menores de produção, com máquinas mais simples e de menor custo, moldes econômicos, corpo e alça transparente, facilidade de diversificação de cor e facilidade de impressão.
A reciclabilidade do PVC não é uma novidade. Ela acontece desde o começo da sua produção. No entanto, só tomou impulso de forma mais organizada com os movimentos ecológicos dos países desenvolvidos.
No Brasil representam em média 3%. Os resíduos de PVC representam em média 0,3% do peso total do lixo domiciliar. Isso ocorre porque o PVC é mais utilizado em produtos de longa duração, como tubos e conexões, fios e cabos para a construção civil.
Polipropileno (PP)
A polimerização do propeno, um subproduto gasoso do petróleo, realiza-se com um catalisador de coordenação de forma essencialmente semelhante ao PEAD. O etileno, o propeno e outras oleolefinas podem ser polimerizados no mesmo equipamento com apenas poucas modificações, o que permite uma grande flexibilidade de operações.
As condições de operação e os catalisadores são cuidadosamente selecionados a fim de produzir o polipropileno isotático. Também é comercializado em quantidades mínimas na forma atática. O PP isotático, com densidade em torno de 0,905 g/cm3 e ponto de fusão de 165ºC é essencialmente linear, sendo sua estrutura de 50 a 60% cristalina.
O PP apresenta boa estabilidade térmica, rigidez, resistência química, resistência ao impacto (exceto em baixas temperaturas), estabilidade dimensional, transparência e translucidez.
O PP apresenta facilidade para a incorporação de cargas tais como; talco, fibra de vidro, carbonato de cálcio, borracha, etc., que alteram as propriedades da resina e conseqüentemente as suas aplicações.
Poliamida ou Nylon
Os nylons (nome genérico das poliamidas sintéticas) são representados por um sistema de numeração que indica o número de átomos de carbono das cadeias de monômero.
Os polímeros de aminoácidos são designados por um único número, o nylon 6, para o poli-ácido – w – amino capróico (policaprolactana). Os nylons de diaminas e ácidos dibásicos são designados por dois números: o nylon 6.6 para o polímero de hexametileno diamina e o ácido adípico e o 6.10 para o polímero hexametileno diamina e ácido sebásico.
As poliamidas de interesse comercial são: 6, 6.6, 6.9, 6.10, 6.11, 11 e 12.
O material utilizado pelo processo de sopro é a poliamida 6 que possui elevada resistência mecânica, resistência ao impacto e rigidez, boa transparência, excelente barreira ao oxigênio, ausência de toxidade e grande resistência química. Em contrapartida, apresenta um custo bastante alto, processamento difícil e, comparado a uma poliolefina, alta hidroscopicidade.
PEAD, como por exemplo, o selar. Pela propriedade atóxica e barreira, o nylon tem sido bastante utilizado no exterior como camada de barreira em frascos co-extrusados por sopro.
Polietileno Tereftalato (PET)
É um polímero de reação química de policondensação produzido pela reação do dimetil tereflalato com o etileno glicol.
Existem também as resinas reforçadas, que são conhecidas como plásticos de engenharia com cargas minerais ou de vidro que podem ser injetados ou extrudados. Necessitam de secagem antes do processamento.
Os copoliésteres têm cadeia mais irregular com menor tendência à cristalização e também precisam de secagem antes do processamento.
Existe o PET-A, preparado a partir de ciclo hexano-dimetanol, ácido tereftálico e outros ácidos dibásicos, que é amorfo e utilizado em filmes e chapas para embalagem de alimentos e outros produtos. Há também o PETG que é um PET glicol – modificado com as seguintes características: dureza, rigidez, boa resistência química e que pode ser processado por sopro, injeção e extrusão.
Os frascos podem conter xampu, detergente, óleos minerais e produtos alimentícios. Deve também ser mencionada a transparência, a resistência ao impacto e a ausência de toxidade do PETG.
O PET para frascos possui maior peso molecular e viscosidade intrínseca do que os outros PET (co-poliésteres e reforçados). São polímeros obtidos por polimerização de materiais de peso molecular intermediário. No processamento, o material é orientado de forma a aumentar a rigidez, transparência, propriedades de barreira a gases e resistência ao fendilhamento sob pressão de CO2. Necessitam de secagem para o processamento. São moldados por estiramento –
sopro, devendo-se mencionar também a sua ampla utilização em co-extrusão-sopro.
Poliestireno (PS)
Geralmente é classificado como poliestireno cristal ou alto-impacto. Produzido pela polimerização do monômero de estireno a elevadas temperaturas é um polímero amorfo de baixa resistência ao impacto. Com a incorporação de elastômeros, essa resistência aumenta bastante. Material tradicionalmente injetável e extrudável para perfis e chapas para termoformagem, pode ser moldado por sopro convencional e também por injeção-sopro.
2.5. PROCESSAMENTO
Após a fabricação nas indústrias petroquímicas, as resinas são adquiridas por unidades de processamento, onde podem sofrer diversos processos até chegarem à forma final, pronta para o consumo, seja na forma de embalagens, fibras ou mesmo produtos acabados. Os principais processos de conformação a serem discutidos neste trabalho são a extrusão e a injeção, que perfazem os dois principais meios de processamento.
O processo de extrusão consiste em comprimir continuamente o material contra um ou vários orifícios, de forma que o produto possua uma forma alongada. É utilizado para a produção de fios, tubos, barras, filmes, entre outros.
Figura 5 - Perfis Extrudados
A máquina consiste de um funil alimentador, onde a resina escoa por gravidade até a entrada do equipamento; posteriormente os grânulos entram em contato com o início da rosca sem fim, que é a responsável pela compressão contínua do material. A rosca se encontra dentro de um cilindro aquecido que é responsável pelo término da fusão do material. À medida que o material caminha, devido ao movimento da rosca, ele vai amolecendo e sendo comprimido contra a matriz, que nada mais é do que a peça na qual se encontram os perfis por onde o material, já derretido, tem que passar. O fluxo contínuo de material é a característica deste processo. Trata-se de um processo rápido e relativamente barato, se comparado aos outros processos.
Podemos observar que, à medida que o material vai sendo fundido, a folga existente entre a rosca e o cilindro vai diminuindo, ocorrendo a compressão do mesmo. Após a saída da extrusora, o material precisa ser resfriado, o que na maioria das vezes se dá por fluxo de ar ou água.
Injeção
Trata-se de um processo que, num primeiro estágio é semelhante à extrusão (figura 5.3), com equipamentos semelhantes à extrusora. A grande diferença está na execução do processo. Ao contrário do que ocorre na extrusão, não há um fluxo contínuo de material. A rosca, após derreter o material começa a funcionar como um êmbolo que vai empurrando o material contra canais que levam o fluxo de plástico fundido até o molde (figura 5.4).
Posteriormente, o fluxo de material para o molde é cessado com o recuo do cilindro e o fecho dos canais que levam ao molde (figura 5.5). É neste momento que começa o resfriamento do produto. Após estar totalmente resfriado, ele é ejetado para fora do molde (figura 5.6) e está pronta a peça.
Figura 8 - Parafuso atuando com embolo.
Figura 9 - Recuo do parafuso e solidificação do produto
Este processo ocorre em um intervalo de tempo curto, o que possibilita a execução de um grande número de peças. Todo o processo dura cerca de 35 segundos, sendo 1 segundo para o fecho do molde, 4 segundos para a injeção, 10 para a compactação, 18 para o resfriamento e os 2 segundos restantes para a abertura e ejeção.
O molde é resfriado para que ocorra solidificação do material. Esta é uma parte crítica do processo, uma vez que se o resfriamento não for conduzido de forma correta, acarreta o descarte do produto. É nessa etapa que pode ocorrer o fenômeno conhecido como rechupe, que surge quando as extremidades do material se resfriam e o interior ainda está pastoso. Uma vez que com o resfriamento temos uma diminuição do volume do material, ocorre uma contração na superfície da peça, impossibilitando o seu uso.
Outro problema que pode ocorrer é o aparecimento das linhas de solda, que ocorre quando dois ou mais fluxos de preenchimento se encontram e não conseguem se unir. Ocorre quando temos a injeção de peças vazadas ou furadas. O material plástico ao contorná-lo perde calor para o molde e as fronteiras do fluxo de material tornam-se mais frias, o que vai dificultar a união dos fluxos.
Por último, outro efeito corriqueiro na injeção é a diminuição do volume da peça após ser ejetada do molde. Este fenômeno ocorre, em maior ou menor grau, com todos os artefatos produzidos por injeção e deve ser considerado no projeto do molde.
2.6. RECICLAGEM
A reciclagem de resíduos urbanos é uma cadeia produtiva com alto grau de complexidade, envolvendo os catadores, donos de ferro-velho, associações, esferas públicas, indústrias de transformação, dentre tantos outros agentes. O processo de coleta dos resíduos é parte fundamental do processo de reciclagem, além de fonte de matéria-prima para as indústrias de transformação dos resíduos sólidos urbanos (RSU).
Podemos afirmar que a reciclagem de materiais plásticos é um ponto fundamental no reaproveitamento dos RSU, visto que aproximadamente 23% em peso dos resíduos urbanos são compostos por descartes de material plástico. Por outro lado, se analisarmos o volume representativo dos descartes, veremos que este número aumenta consideravelmente, devido à baixa densidade dos plásticos e a sua larga utilização em embalagens.
Segundo a última pesquisa feita pelo IBGE em 2000 e relatada em 2002, 21,2% dos resíduos eram despejadas a céu aberto, 0,1% em rios ou córregos, 37% em aterros controlados (aterros cobertos periodicamente). Deste total, 58,3% dos RSU, não possuem uma destinação ambientalmente correta. Do restante, 36,2% vão para aterros sanitários (local adequadamente preparado para receber RSU), 2,9% destinam-se a centros de compostagem, 1% para centros de triagem e 0,4% para unidades de incineração. O restante do material é levado a lugares não listados acima.
Tipos de reciclagem
A Sociedade Americana de Ensaios de Matérias (ASTM) normalizou a reciclagem de acordo com o tipo de resíduo e a sua finalidade em relação à reciclagem. São eles:
1. Reciclagem primária: este tipo de reciclagem trata do reaproveitamento de resíduos industriais no processamento das resinas plásticas. Por serem subprodutos do processamento, são isentos de contaminantes, gerando um novo produto com o mesmo teor de pureza do objeto fabricado com a resina virgem.
2. Reciclagem secundária: neste caso, as matérias-primas da reciclagem são materiais de descarte após o consumo. Na maioria das vezes se encontram com grande quantidade de contaminantes, o que leva a um processo mais complexo, envolvendo uma ou mais lavagens. Contudo, o ponto diferencial em relação à Reciclagem Primária, é que seus produtos finais não possuem as mesmas características do que os fabricados com resina virgem.
3. Reciclagem terciária: em tal processo, obtém-se a degradação do polímero em materiais primários, que possam passar novamente por processos de polimerização. Este tipo de reciclagem não está difundido no Brasil devido ao alto custo das plantas industriais necessárias para o processo.
4. Reciclagem quaternária: neste processo, incinera-se o material com o objetivo de aproveitar o calor gerado para a produção de energia. Seu emprego é muito restrito, sendo usado na Europa e em mais larga escala no Japão.
Tal divisão não é muito apropriada, sendo mais sensato dividir os tipos de reciclagem pelos seus processos e não pela finalidade. Assim, temos uma divisão mais equilibrada de acordo:
1. Reciclagem mecânica: quando o plástico é selecionado, moído, lavado, aglutinado (somente para filmes) e conformados. Com isso, obtemos os grânulos que podem dar origem a diversos utilitários de plástico, contudo a qualidade dos mesmos dependerá do correto processamento dos resíduos. Podemos afirmar, que envolvemos tanto a reciclagem primária quanto a secundária neste tópico.
2. Reciclagem química: nesta classificação, o objetivo é a degradação do polímero para que ele volte a ser matéria-prima para a produção de resinas plásticas. Os produtos resultantes têm a mesma qualidade dos produtos feitos a partir de resinas virgens. Equivalente à reciclagem terciária.
3. Reciclagem Energética: neste processo, o plástico é incinerado, resultando em liberação de energia térmica. Trata-se da reciclagem quaternária.
Figura 11 - Fluxograma da reciclagem (adaptado resíduos plásticos e reciclagem aspectos gerais e tecnologia 2004)
No Brasil, a reciclagem mecânica, tanto a primária quanto a secundária, é praticamente a única praticada. Por isso, será mais bem detalhada a seguir.
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2.6.1. RECICLAGEM MECÂNICA
Este processo de reciclagem se confunde com a história da indústria de processamento de plásticos, uma vez que todos os equipamentos necessários para a sua realização são praticamente os mesmos utilizados na indústria plástica. E foi na referida indústria que se começou a reciclagem, com o reaproveitamento das sobras dos processos e peças defeituosas que geram produtos de mesma qualidade, pois não há contaminantes nestas.
Ao relacionarmos a reciclagem mecânica com a reciclagem de resíduos sólidos urbanos, temos que levar em conta alguns fatores que são fundamentais. Primeiro, a grande maioria dos plásticos reciclados no Brasil são rígidos, uma vez que os filmes se encontram com um alto grau de contaminação, tornando assim a sua limpeza muito complexa e onerosa. Com isso, temos um efluente resultante da lavagem com um poder de poluição muito grande, sendo assim necessário o seu tratamento. Outro ponto fundamental que será abordado mais adiante é a questão da separação por tipo de plástico, prática esta que depende muito da perícia do separador.
Agora descreveremos as etapas de separação, moagem, lavagem, enxágüe, secagem e transformação.
Separação
Esta, sem dúvida alguma, é a fase mais crítica do processo de reciclagem. Para que se obtenha um produto reciclado com boas características técnicas faz-se necessário que haja somente um tipo de plástico no produto reciclado. A separação pode ocorrer de diversas maneiras. Em países desenvolvidos, onde há planos de coleta seletiva, a separação é facilitada.
Separam-se primeiramente plásticos rígidos dos filmes. Os rígidos são separados por cor e, algumas vezes, por tipo de produto embalado. A separação por cores visa um reciclado mais homogêneo e, a por tipos de embalados, a facilitação do processo de lavagem. Na separação ainda são retirados todos os tipos de contaminantes tais como rótulos, lacres, grampos, tampas e todo tipo de material que não seja útil à reciclagem. Os processos de separação podem ser manuais, por diferença entre densidades, eletromagnético (no caso dos metais ferrosos), etc.
Na reciclagem mecânica, a utilização de plásticos diferentes leva a um produto com qualidades mecânicas inferiores àqueles fabricados com resina virgem.
Moagem
Para o prosseguimento do processo, o material plástico tem que ser reduzido, para que se evitem dobras e assim, que se acumule sujeira nestes pontos mesmo após a lavagem.
Na moagem, utiliza-se moinho de facas. Este equipamento pode ser descrito como o conjunto de facas fixas e móveis. As facas fixas estão presas à estrutura da máquina enquanto as facas móveis estão unidas ao eixo desta.
O tamanho médio dos flocos (flakes) é obtido ajustando as folgas existentes entre as facas fixas e móveis. Abaixo das facas há uma espécie de “peneira” onde os flocos do tamanho desejado passam e estão prontos para seguir o processo, enquanto os flocos maiores continuam dentro do moedor até atingirem o tamanho ideal.
Lavagem
Esta etapa serve para retirar as impurezas que os materiais plásticos carregam juntos de si, como gordura, areia, outros plásticos, papéis e rótulos. Para o processo de lavagem utiliza-se água ou soluções aquosas.
Alguns dos contaminantes são solúveis em água o que facilita sua remoção, contudo, a grande maioria não é solúvel. Para removê-los é necessária a utilização de alguma solução solvente. Utilizam-se detergentes ou então, para reduzir custos, soluções de soda cáustica. Tal solução pode danificar os equipamentos utilizados na lavagem.
Para o processo de lavagem, é necessário um grande tanque onde o material previamente triturado é despejado. Caso o material seja menos denso que a água, sua locomoção no tanque é feita com batedores e um conjunto de lâminas rotativas que empurram o material até o final do percurso.
Já para materiais mais densos que a água, como o PET, é utilizado um parafuso chamado rosca sem fim, que ao girar transporta o material. Este equipamento fica submerso, juntamente com os flocos.
Para um melhor rendimento do processo, emprega-se o uso de água aquecida, o que facilita a remoção dos resíduos, porém, aumenta o custo do processo.
Se quisermos fazer a separação de algum material por diferença de densidade, pode-se empregar água ou então soluções como água-sal ou água-álcool. Contudo, a determinação da densidade de cada tipo de floco é essencial para determinarmos o tipo de solução a ser usada.
Não se pode deixar de salientar que a lavagem dos resíduos plásticos gera um efluente com alto poder contaminante, por isso, a unidade de reciclagem tem que contar com uma Estação de Tratamentos de Efluentes (ETE).
Enxágüe
Esta fase do processamento dos plásticos pós-consumo só é aplicada quando há a necessidade de utilização de agentes de limpeza, tais como detergente e soda cáustica, em sua lavagem.
Podem ocorrer três tipos de problemas caso os produtos químicos utilizados na lavagem sejam carregados juntamente com os flocos:
• Aderidos aos flocos e submetidos a altas temperaturas, podem desencadear reações químicas superficiais, degradando o material;
• Funcionarem como lubrificantes no processamento, acarretando modificações na produtividade;
• Contaminação dos produtos finais.
O enxágüe pode ser feito em um novo tanque após a lavagem ou através de jatos de água orientados contra os flocos.
Secagem
O caso mais crítico é o do PET, que não pode conter umidade alguma, pois este sofre de degradação hidrolítica (em presença de água), levando à produção de produtos sem a mesma qualidade dos produtos feitos com resina virgem. Para a secagem do PET utilizam-se sopradores a temperaturas entre 100o C e 150o C, enquanto os demais plásticos necessitam apenas de centrifugação e posterior secagem em estufas naturais, com temperaturas entre 40o C e 45o C.
Esta etapa é altamente onerosa, visto que consome uma grande quantidade de energia. Daí o cuidado com o transporte dos flocos já secos até o funil de alimentação da extrusora para que não haja contaminação com o ar ambiente. Para esta tarefa, utilizam-se sugadores que jogam diretamente os flocos no funil, evitando o contato com a atmosfera.
Aglutinação
Este procedimento é necessário quando se trabalha com plásticos na forma de filme ou produtos com espessura muito fina, como copos descartáveis. O equipamento utilizado aqui é o aglutinador, que consiste em recipiente com pás giratórias no fundo (similar a um liquidificador). Ao serem despejados, os flocos de filmes são forçados a atritar tanto entre si, quanto com as pás e as laterais do equipamento. Este atrito é responsável pelo aquecimento do material, fazendo com que pedaços se juntem, aumentando assim a densidade dos flocos. À medida que a temperatura dos flocos vai aumentando, inicia-se o surgimento de uma pasta e nessa hora o operador despeja certa quantidade de água para provocar um rápido resfriamento e encolhimento dos flocos, conseguindo assim o resultado desejado. Finalmente é aberta a parte inferior do equipamento para que os flocos sigam para o processamento, agora em uma granulação mais adequada.
A aglutinação se faz necessária, uma vez que os flocos oriundos da moagem de filmes e plásticos muito finos apresentam problemas na entrada da extrusora devido a sua baixa densidade, ocasionando o entupimento do equipamento. Nesta etapa, quando necessário, é feito o acréscimo de aditivos e cargas.
Em alguns casos, faz-se a aglutinação pelo simples aquecimento do material antes de ser encaminhado à extrusora, o que pode elevar a produtividade do processo em até 30%.
Transformação
Praticamente todos os processos que são utilizados para a transformação dos produtos plásticos, com pequenas modificações, são aplicáveis à industria de reciclagem.
2.7. UTILIZAÇÕES
de suas qualidades, tornando-o um material altamente recomendado para diversas situações, desde que se respeitem suas propriedades.
Segundo a ABIPLAST (Associação Brasileira da Indústria do Plástico), o maior mercado brasileiro de plásticos, durante o ano de ano de 2005, foi o segmento de embalagens, este respondendo por quase metade do mercado nacional de produtos transformados de plásticos, representando 32,2% do total de embalagens produzidas no Brasil segundo a ABRE (Associação Brasileira de Embalagens). O setor também se destaca pelo número de empregos formais gerados, num total de 90.424 em 2005, mais de metade dos empregos gerados pela indústria brasileira de embalagens.
Figura 12 - Mercado Brasileiro de Plásticos
Outro setor que vale a pena ser destacado é o da construção civil, que vem gradativamente aumentado o consumo de plásticos, tendo este conquistado destaque junto a materiais tradicionalmente utilizados. O principal e mais antigo exemplo da sua utilização é o cloreto de polivinila (PVC), que é o plástico de maior número de utilizações na construção civil. Seu maior uso é nas tubulações de água, esgoto e eletricidade, sendo também utilizado em peças como sifões, válvulas e junções além de coberturas, onde as telhas de plástico substituem as tradicionais telhas de vidro, visando a iluminação natural. Inúmeros outros exemplos podem ser relacionados como os acrílicos, de qualidade ótica e aparência comparável ao vidro, usados basicamente em aparelhos de iluminação e em decoração como paredes divisórias; as resinas epóxicas, usadas como adesivos, selantes, revestimentos e pavimentação; os silicones, também utilizados como adesivos e para vedação de juntas de pequenas dimensões; e o polietileno, utilizado como tubulação e em folhas, como proteção de materiais contra intempéries; entre outros.
Polimetacrilato de metila (PMMA): Utilizado em lanternas automotivas, tecidos especiais, letreiros e outros produtos em substituição ao vidro.
Polietileno Tereftalato (PET): Encontra aplicações principalmente em embalagens para bebidas gasosas, vinho, água, produtos alimentícios, medicinais e cosméticos, filmes fotográficos, revestimentos e fibras.
Policloreto de vinila (PVC): Possui diversas aplicações, sendo utilizado nas camadas centrais de tubos de esgoto, em reforço para calçados, juntas de dilatação para concreto, perfis, cones de sinalização, esquadrias, embalagens de água mineral, produtos alimentícios, bolsas de soro e sangue, material hospitalar, lonas e filmes para agricultura.
Poliamoda (Nylon): Usado em tecidos, revestimentos, linhas de pesca e fibras.
Politetrafluoretileno (PTFE): Possui aplicações em revestimentos antiaderentes, torneiras, válvulas e gaxetas.
Poliacetato de vinila (PVA): Usados em aditivos para concreto (Vedacit), tintas de parede e colas tipo látex.
Poliacrilonitrila (PAN): Suas principais aplicações são tecidos substitutos da lã e fibras em geral.
Poliftalato maleato de etileno estirenizado (Polylite): Fibras utilizadas em banheira e piscinas, capotas de proteção, reforços para telhas, casco de navios e cadeiras de praia.
Poliestireno (PS): Utilizado em frascos para produtos farmacêuticos e alimentícios, peças de produtos eletro-eletrônicos, produtos descartáveis, embalagens alimentícias, eletrodomésticos, etc.
Poliuretano (PU): Suas aplicações são solados de sapatos, espuma de estofados e colchões, espuma rígida para embalagens, couro sintético e revestimentos em geral.
Policarbonato (PC): Utilizados em óculos de segurança, placas resistentes ao impacto, janelas de segurança e tubos de centrífuga.
Polipropileno (PP): Aplicado em componentes automobilísticos (reservatório de óleo de freio, porta luvas, visor, dutos de ar, pára-choques, etc.), armação de cadeiras, reservatório de ferro a vapor, brinquedos, recipientes industriais, embalagem de produtos diversos (farmacêuticos, antibióticos, cosméticos, pesticidas, herbicidas, veterinários, detergentes e bebidas), utensílios de hospital e laboratório, válvulas, etc.
Polietileno de alta densidade (PEAD): Encontra aplicações em frascos e recipientes para detergente; materiais de limpeza; água, leite, sucos, xaropes, ceras, produtos farmacêuticos, tanques de combustíveis para veículos, máquinas pequenas e motos, peças automotivas, brinquedos, baldes e bombonas para diversos produtos químicos diversos, etc.
Polietileno de baixa densidade (PEBD): Suas principais aplicações são frascos espremíveis, brinquedos, utilidades domésticas, ampolas de soro, embalagens para produtos medicinais, etc.
Polietileno de baixa densidade linear (PEBDL): Suas aplicações representativas são em tambores de até 200 litros, além de frascos de cosméticos e medicamentos.
Polissiloxanos (Silicones): Usado como adesivo, implantes e superfícies expostas a altas temperaturas.
Acetato de celulose: Aplicado principalmente na produção de filmes fotográficos, embalagens, brinquedos e fibras.
Resinas epóxicas: Encontra sua principal aplicação em tintas anticorrosivas, calafetadores, adesivos e pisos.
Resinas de uréia formaldeído: Utilizado em vernizes para madeira, peças industriais elétricas e em adesivos em compensado.
Resinas de fenol formaldeído: Utilizado principalmente em preparação de amostras para micrografia, laminados para móveis, peças para uso elétrico e revestimentos.
3. A MADEIRA
Madeira é um material sólido, orgânico, higroscópico e ortotrópico (cresce de forma diferente nas dimensões espaciais) obtido normalmente do tronco ou galhos de plantas lenhosas, especialmente das árvores, mas também dos arbustos. Do ponto de vista comercial, a madeira somente é encontrada em árvores com altura superior a 6 metros.
A madeira é um produto do tecido xilemático formado pelas plantas com uma função de condução de seiva e sustentação sendo, por isso, utilizada freqüentemente como um material estrutural efetivo e eficiente pela humanidade.
Ela é constituída de fibras de celulose, unidas por lignina. O xilema é um tecido estruturalmente complexo composto por um conjunto de células com forma e função diferenciadas e é o principal tecido condutor de água nas plantas vasculares. Possui ainda as propriedades de ser condutor de sais minerais, armazenar substâncias e sustentar o vegetal. É importante ressaltar que o xilema é encontrado em várias regiões dos vegetais, não só no caule, como raiz e ramos. Nem todas as espécies que produzem tecido xilemático são reconhecidas comercialmente como produtoras de madeira. O xilema é um tecido característico das plantas superiores, incluindo nesta categoria vários tipos de plantas: arbustos, cipós e árvores. A presença de xilema na espécie não significa, entretanto, que a mesma está apta ao uso industrial, no que se refere a desdobro de toras. Para tanto, requere-se à espécie que possua volume necessário que justifique sua exploração. Portanto, toda madeira é proveniente de tecido xilemático, mas, sob a ótica comercial, nem todo tecido xilemático produz madeira. Os principais tipos de células encontradas no xilema são:
Fibras: Células existentes no lenho das angiospermas, alongadas, imperfuradas, com pontoções simples ou areoladas nas paredes. Muitas das propriedades físicas e mecânicas do caule dependem da morfologia destas células.
Elementos de vaso: Os vasos são estruturas formadas por uma junção de células perfuradas, chamadas de elementos de vaso, que se comunica entre si, formando longos dutos que conduzem a seiva no sentido axial. Os vasos são característicos de espécies pertencentes às angiospermas, havendo algumas exceções. Representam uma grande evolução biológica dos vegetais no sentido de transporte de seiva.
Raios: Os raios são células parenquimáticas que se prolongam no sentido da casca para a medula. Possuem a função de alimentar o tecido neste sentido e costumam acumular muitas substâncias nutritivas, além de inclusões. É chamado também de parênquima radial.
Traqueídeos: Constituem-se de células alongadas, delgadas, de contorno geralmente angular e com funções mistas de condução e sustentação, características das gymnospermas, apesar de estarem presentes também em várias angiospermas.
Parênquima axial: Células que possuem como função principal acumular substâncias nutritivas, o parênquima confere baixa resistência a esforços mecânicos, pois possui baixo nível de lignina em sua constituição. É um tecido facilmente atacado por organismos xilófagos.
Do ponto de vista químico, a madeira é um tecido composto por vários polímeros orgânicos. Como já descrito anteriormente, polímeros são moléculas feitas de muitas subunidades repetidas, os monômeros. A parede celular do xilema tem como estrutura básica a celulose - molécula linear de açúcar ou um polissacarídeo composto por monômeros de glucose. Estes polímeros de celulose compõem cerca de 40 a 45% do peso seco da maioria das madeiras. Além da celulose também está presente na madeira a hemicelulose, formada por muitas combinações de pentoses de açúcar (xylose e arabinose). Difere em alguns aspectos da celulose (principalmente em conformação, grau de polimerização e peso molecular), mas são de alguma forma similar. O terceiro maior constituinte da madeira é a lignina, molécula polifenóica tridimensional, pertencente ao grupo dos fenilpropanos, de estrutura complexa e alto peso molecular. Confere à madeira a resistência característica a esforços mecânicos. Muitas outras substâncias químicas estão ainda presentes nas madeiras, como os extrativos (resinas, taninos, óleos, gomas, compostos aromáticos e sais de ácidos orgânicos).
3.1. CLASSIFICAÇÃO
As madeiras podem ser classificadas em duas categorias principais, segundo seus grupos vegetais: Gimnospermas e Angiospermas. As Gimnospermas, mais especificamente as coníferas, são conhecidas por resinosas, não porosas ou, mais comumente, macias. O termo “não porosa” se refere ao fato dessas madeiras não apresentarem vasos ou “poros”. Já as Angiospermas, especificamente as dicotiledônias, são denominadas folhosas, porosas ou duras. Essa última denominação é, por vezes, muito desvantajosa, já que algumas madeiras duras, como a balsa, na verdade são muito mais moles do que a maioria das chamadas madeiras macias, e por outro lado, algumas madeiras macias, como o teixo, são muito mais duras do que a maioria das madeiras duras.
3.2. CARACTERÍSTICAS GERAIS
Assim como no caso dos plásticos, as madeiras podem apresentar diferenças de características igualmente significativas, dependendo de inúmeros fatores, como por exemplo, a espécie a ser analisada, o teor de umidade contido pela mesma e até as condições climáticas de seu crescimento. A seguir serão apresentadas algumas características gerais da maioria das espécies de madeira:
Massa específica: É a razão entre a quantidade de massa por unidade de volume. Algumas espécies são naturalmente mais pesadas que outras mesmo apresentando dimensões iguais. Geralmente, espécies mais pesadas, apresentam características mais duradouras. Os índices de massa específica variam de espécie para espécie e dependem de uma série de fatores estruturais bem como dos compostos orgânicos e inorgânicos presentes no lenho. O pau de balsa (Ochroma lagopus, Bombacaceae) é a madeira brasileira mais leve (seu peso específico é de 0,13 g/cm3).
Umidade: Relaciona-se ao teor de água que a madeira apresenta. Quando recém cortado, o tronco de uma árvore encontra-se saturado de água. Muitos fatores irão influenciar o teor de umidade, entre eles a anatomia do xilema. Da umidade irão depender diretamente as propriedades de resistência, poder calorífico, capacidade de receber adesivos e secagem, entre outras. A água na madeira pode estar presente preenchendo os espaços vazios dentro das células ou entre elas (água livre ou água de capilaridade), pode estar aderida à parede das células (água de adesão) ou pode estar compondo a estrutura química do próprio tecido (água de constituição). Esta última somente pode ser eliminada através da combustão do material.
Retratibilidade; É o fenômeno de variação nas dimensões e no volume em função da perda ou ganho de umidade que provoca contração em uma peça de madeira. Está relacionada às e aos defeitos de secagem. A contração pode ocorrer e ser avaliada em três aspectos:
• Contração tangencial: Variação das dimensões da madeira no sentido perpendicular aos raios;
• Contração radial: Variação das dimensões da madeira no sentido dos raios;
• Contração volumétrica: Variação das dimensões da madeira considerando-se como parâmetro o seu volume total.
Condutividade térmica: Devido à organização estrutural do tecido, que retém pequenos volumes de ar em seu interior, a madeira impede a transmissão de ondas de calor ou frio. Assim a madeira torna-se um mal condutor térmico, isolando calor ou frio.
Condutividade sonora: A propagação de ondas sonoras é reduzida ao entrar em choque com superfícies de madeira. O procedimento de empregar madeira como revestimento de paredes enfraquece a reverberação sonora e melhora a distribuição das ondas pelo ambiente, tornando-a um produto adequado para o condicionamento acústico.
Resistência ao fogo: Apesar da madeira ser considerada um material inflamável, quando apresenta dimensões superiores a 25 mm (topo) é mais lentamente consumida pelo fogo que outros materiais. Isto ocorre, pois quando o fogo atinge a madeira, destrói rapidamente a superfície, formando uma fina camada de carvão que retarda a propagação de oxigênio e, conseqüentemente, das chamas em direção ao interior da peça, fazendo com que o incêndio perca velocidade. Peças com 50 mm de espessura podem ser consideradas sempre mais seguras que estruturas metálicas. Abaixo de 20 mm, as peças de madeira tornam-se elementos de alimentação do incêndio e, portanto, devem ser evitadas em construções.
3.3. TIPOS PRINCIPAIS
três são coníferas. São espécies dos gêneros botânicos Pinus, Quercus (chamado no Brasil de
carvalho), Picea, Abies e Betula.
No Brasil, a maior parte do mercado florestal é composta hoje por espécies exóticas de rápido crescimento, principalmente dos gêneros Pinus e Eucalyptus, matérias-primas para as
indústrias de papel e celulose.
3.4. PROCESSAMENTO
Dentre os vários processos a que as madeiras podem ser submetidas, podemos citar como principais as operações de abate, descascamento, desdobro, laminação, produção de partículas e o seu beneficiamento. Tais operações serão mais detalhadas a seguir.
Abate: Compreende o seccionamento da árvore em sua porção inferior através de ferramentas, manuais ou automáticas, seguido do desgalhamento da tora e seu corte em dimensões de comprimento padrão, regulados de forma a viabilizar seu transporte e facilitar seu manuseio e sua movimentação. Como ferramentas manuais podem ser utilizadas machados ou serrotes, onde para toras de grande diâmetro são utilizados serrotes do tipo traçador; já as ferramentas automáticas utilizam em sua grande maioria sistemas com correntes dentadas para o corte.
Descascamento: A operação de descascamento se faz opcional, uma vez que somente aplica-se a casos onde o processo de destino da porção de madeira torna imprescindível a remoção da casca, onde podemos citar alguns métodos do processo de preservação, na fabricação de papel e celulose, na fabricação de chapas de fibras ou de madeira aglomerada, entre outros.
Para o caso de destinar-se a madeira para serrarias, alguns benefícios seriam acarretados, como o aumento da vida útil das ferramentas de corte; a aceleração do processo de secagem; para o caso de descascamento na floresta, evitaria o transporte da casca até a serraria, onde se transformaria em resíduo; entre outros.
Desdobro: Consta do processo de corte longitudinal das toras, com ou sem casca, empregado na produção de peças na forma de pranchas, tábuas, vigas, vigotas, caibros, sarrafos ou ripas. Normalmente se utiliza nesse processo serras de fita, já que esta apresenta vantagens claras na produtividade, no baixo desperdício da madeira e na possibilidade de trabalhar com toras de grandes diâmetros.
Laminação: Operação de torneamento de toras descascadas ou fatiamento de peças previamente seccionadas com retirada das costaneiras e em secção retangular, ambas com finalidade de gerar lâminas para emprego na produção de chapas ou revestimento destas. Usualmente, as operações de laminação distinguem-se pelo equipamento empregado, ou seja, em torno laminador ou plaina fatiadeira.
